高速永磁同步电机线圈与绕组电枢磁场计算方法及其内在联系

为简化和统一复杂绕组磁场的分析问题,提出一种简易的单匝线圈磁场预测绕组磁场计算方法。基于高速永磁同步电机等效同心圆多层模型和涡流场泊松方程,结合各种介质交界面条件和边界条件,建立了稀疏矩阵形式的单匝线圈电枢磁场的解析方程组。从绕组排布组合形式多样性的特点出发,根据线圈位置和同相线圈连接方式,通过线圈代数化和绕组集合化处理,将线圈和绕组之间的递推关系简化和统一,揭示其关联性。线圈和绕组电枢磁场的解析计算方法和内部关系得到有限元仿真和相关文献计算方法的证实,结果表明了使用单匝线圈磁场研究绕组磁场问题的准确性和可行性。最后基于相关计算方法和内部关系的研究,分析了绕组合成磁场时空谐波的规律。     

高速永磁同步电机电枢电流谐波分析

在高速永磁同步电机谐波分析中,主要有解析和仿真两种方法。解析法则适用于连续系统,而仿真法适用于离散系统的,但两种方法之间关联性问题研究相对较少,针对此问题,提出一种基于空间矢量脉宽调制(SVPWM)技术电枢电流谐波解析法和仿真法内在关联的分析方法。根据连续函数和离散函数的傅里叶级数公式,分析了这两种方法在谐波计算中偏差的分布规律。分析结果表明,采样频率和负载是离散电枢谐波计算的主要影响因素,随着采样频率的升高电枢电流谐波呈现振荡阻尼衰减的特性,并收敛于连续系统的解析值,而负载则能降低振荡幅值和提高收敛速度。构建了基于DSP的永磁同步电机系统实验平台,实验结果验证了该分析方法的有效性。     

多边形转子磁轭永磁同步电机空载气隙磁场解析计算

该文利用分区域方法对多边形转子磁轭永磁同步电机的空载气隙磁场进行了解析推导。该方法基于磁场连续性定理,将磁场的边界条件和交界条件相结合,在忽略磁饱和的条件下,利用不规则磁轭半径函数和偏心永磁体半径函数求解空载气隙磁场。将该方法的计算结果与有限元计算结果相对比,两者吻合较好,证明了该方法可以准确有效地计算多边形转子磁轭永磁同步电机的空载气隙磁场。     

高过载永磁同步电机的电磁特性

定子铁心饱和、电枢反应限制了永磁同步电机(PMSM)输出转矩的进一步提高,在一些应用场合电机的转矩密度无法满足需求。研究了永磁同步电机的转矩特性,提高了恒转速下的转矩过载能力。首先从PMSM的输出功率入手,分析PMSM的极限输出功率与输入电流、直交轴电抗和空载反电动势的关系。接着通过改变PMSM定子和转子结构参数,分析了不同槽、极比对电机转矩过载的影响;磁钢厚度对气隙磁密以及直交轴电感的影响;定子裂比对电机电磁转矩的影响;不同齿宽对电机输出转矩的影响。由此得到高过载永磁电机的设计方法。最后进行有限元分析和电磁设计,并研制了一台10倍转矩过载的PMSM。搭建了测功机实验平台,对比测试了高过载电机以及常规设计PMSM的电阻、电感与转矩-电流特性曲线。实验分析结果与有限元计算结果基本一致,验证了理论分析的正确性。     

定子开槽永磁同步电机气隙比磁导解析计算

采用镜像和保角变换相结合的方法计算定子开槽永磁同步电机的气隙比磁导。以光滑转子铁磁表面为镜面,将定子开槽永磁同步电机气隙原像及其镜像作为解析模型,经过多次保角变换得到气隙比磁导解析公式。解析模型考虑了齿槽之间的影响、定子开槽对气隙磁场径向分量和切向分量的影响,解析公式可用于定子开槽永磁同步电机的励磁磁场、电枢反应磁场、电磁力和齿槽转矩。在解析模型的基础上,对某定子开槽永磁同步电机单个齿槽指定路径上和气隙区域内气隙比磁导进行求解,与有限元结果相比较,表明了所提解析方法的准确性。